Glycomic and proteomic studies of colorectal cancer

Näytä kaikki kuvailutiedot



Pysyväisosoite

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6943-3
Julkaisun nimi: Glycomic and proteomic studies of colorectal cancer
Tekijä: Holm, Matilda
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta
Biolääketieteellinen tohtoriohjelma
Julkaisija: Helsingin yliopisto
Päiväys: 2021-02-18
Kieli: en
Kuuluu julkaisusarjaan: URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-6943-3
http://hdl.handle.net/10138/324801
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer worldwide, accounting for around 10% of the global cancer burden, and is second only to lung cancer in terms of cancer death. For patients with CRC, the overall 5-year survival rate is around 65%, although it is highly dependent on stage at diagnosis. Biomarkers are molecules that can be used for the detection of a disease, follow-up after radical surgery, monitoring of progression, detecting or assessing the risk of recurrence, and predicting prognosis. Glycans are carbohydrates that play important physiological roles in processes such as cell signaling, growth, and motility. Changes in glycans are seen during cancer and glycans are directly involved in different aspects of cancer such as proliferation, invasion, and metastasis. The proteome, which consists of all the proteins expressed in a cell, tissue, or organism, is dynamic due to factors such as posttranslational modifications, regulation of gene expression, and differential splicing of mRNAs. Changes in the proteome are also seen during cancer. The plasma proteome is a good candidate for studies due to the multitude of proteins it contains, the ease of obtaining samples, and the way it reflects the condition of the host. Mass spectrometry is often used to study the glycome and proteome in order to discover candidates for new biomarkers and to obtain new knowledge of how the levels of glycans and proteins change during cancer. The aim of this study was the glycomic and proteomic profiling of CRC with a focus on studying differences in glycan and protein levels depending on factors such as tumor location, stage, and patient outcome. Glycans were isolated from CRC tissue samples and healthy colonic tissue and analyzed using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. Separately, preoperative plasma samples were processed and analyzed using Ultra Performance Liquid Chromatography-Ultra Definition Mass Spectrometry. All samples were obtained from patients who underwent surgery at Helsinki University Hospital. The results were analyzed using methods including principal component analysis, Mann-Whitney U and ANOVA tests, hierarchical clustering, pathway analysis, the Kaplan-Meier method, log-rank tests, and Cox proportional hazards regression analysis. The main differences in glycan levels seen were between acidic glycans, several of which had significantly different levels between stage II and III CRC. Surprisingly, the only significant differences in glycan levels between samples from patients with cancer in the right and left colon were seen when samples were divided according to both tumor location and stage. Many significant differences were seen in the levels of glycans when compared between healthy colon and tumor tissue samples. Multiple plasma proteins were identified whose levels differed significantly between stage II and III CRC. The levels of 13 proteins were found to differ between stage II and III CRC regardless of primary tumor location. Significant differences in plasma protein levels were also observed depending on primary tumor location. Samples from patients with rectal cancer separated from samples from patients with colon cancer solely on the basis of plasma protein expression when analyzed using principal component analysis and hierarchical clustering. Several plasma proteins were identified of which altered levels were independently linked to significant differences in long-term outcome. Higher plasma levels of proteins such as ceruloplasmin and fetuin-B were linked to significantly improved long-term survival rates for stage II CRC patients, while higher plasma levels of signal-induced proliferation-associated 1-like protein 1 and the CNK3/IPCEF1 fusion protein were linked to significantly poorer long-term survival rates for stage III CRC patients. In conclusion, these glycomic and proteomic studies provide new knowledge of CRC at the molecular level and show that significant differences can be seen in the levels of specific glycans and plasma proteins depending on factors such as tumor stage, location, and patient outcome. These results lend further support to the notion that it may be important to consider colon and rectal cancer as separate entities. While multiple plasma proteins that could be of value for predicting cancer progression and, separately, patient outcome were identified, validation of their clinical utility is still needed. Further studies to investigate why the levels of certain glycans and plasma proteins differ depending on CRC stage, tumor location, or patient outcome are also warranted.Kolorektalcancer (CRC) är den tredje vanligaste formen av cancer i världen och står för kring 10% av den globala cancerbördan. CRC är den andra vanligaste orsaken av cancerdöd, bakom endast lungcancer. För patienter med CRC är 5-årsöverlevnaden kring 65%, men den beror mycket på tumörens stadium vid diagnos. Biomarkörer är biologiska molekyler som kan användas för att upptäcka sjukdom i ett tidigt skede, följa med sjukdomens förlopp, detektera eller bedöma risken för återfall, förutspå prognos, samt för uppföljning. Glykaner är kolhydrater med viktiga fysiologiska roller i processer såsom cell signalering, tillväxt, och motilitet. Uttrycket av glykaner förändras vid cancer och glykaner påverkar aspekter av cancer såsom dess tillväxt och spridning. Proteomet, vilket utgörs av alla proteiner som uttrycks i en cell, vävnad, eller organism, är dynamiskt på grund av olika faktorer såsom posttranslationella modifieringar, regleringen av genuttryck, och alternativ splitsning av mRNA. Förändringar på proteinnivå sker också vid cancer. Plasma proteomet är idealt att studera på grund av dess komplexitet, enkelheten av provtagning, och sättet som det reflekterar värdens tillstånd. Mass spektrometri används ofta för att studera glykomet och proteomet för att upptäcka kandidater för nya biomarkörer och för att erhålla ny information om hur uttrycket av glykaner och proteiner förändras vid cancer. Syftet med denna studie var den glykomiska och proteomiska profileringen av CRC, med fokus på att studera skillnader i glykan- och proteinuttryck beroende på faktorer såsom tumörens läge, stadium, och patienters prognos. Glykaner isolerades från tumörvävnad och frisk kolonvävnad och analyserades med matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spektrometri. Preoperativa plasmaprov behandlades skilt och analyserades med Ultra Performance Liquid Chromatography-Ultra Definition Mass Spectrometry. Alla prov insamlades från patienter som opererades vid Helsingfors universitetssjukhus. Resultaten analyserades med statistiska analyser såsom principalkomponentanalys, Mann-Whitney U och ANOVA tester, hierarkisk klusteranalys, analys av signaleringsräckor, Kaplan-Meier metoden, log-rank test, och Cox regression test. De största skillnaderna i glykanuttryck sågs mellan sura glykaner, några av vilka hade signifikanta skillnader i nivåerna mellan stadium II och III CRC. Förvånansvärt nog så sågs signifikanta skillnaderna i glykannivåer mellan prov från patienter med cancer i höger eller vänster kolon endast då proven uppdelades enligt både tumörens läge och stadium. Flera skillnader sågs i nivåerna av glykaner då de jämfördes mellan frisk kolonvävnad och cancervävnad. Flera plasmaproteiner identifierades som hade olika nivåer mellan stadium II och III CRC. Nivåerna av 13 proteiner skiljde sig mellan stadium II och III CRC oberoende av tumörernas läge. Signifikanta skillnader i plasmaproteinuttrycket sågs också beroende på tumörens läge, och prov från patienter med rektalcancer skiljde sig från prov från patienter med tjocktarmscancer endast på basen av plasmaproteinuttrycket då proven analyserades med principalkomponentanalys och hierarkisk klusteranalys. Flera plasmaproteiner identifierades av vilka förändrade nivåer kopplades till signifikanta skillnader i patienters långtidsöverlevnad. Högre plasmanivåer av proteiner såsom ceruloplasmin och fetuin-B var kopplade till signifikant bättre överlevnad hos stadium II CRC patienter, medan högre plasmanivåer av signal-induced proliferation-associated 1-like protein 1 och CNK3/IPCEF1 fusionsproteinet var kopplade till signifikant sämre långtidsöverlevnad hos stadium III CRC patienter. Sammanfattningsvis så har dessa studier erhållit ny kunskap om CRC på molekylär nivå och visar att signifikanta skillnader kan ses i glykan- och plasmaproteinuttrycket beroende på faktorer såsom tumörens stadium, läge, och patienters prognos. Dessa resultat ger understöd för idén att CRC borde anses vara två skilda entiteter, nämligen kolon och rektalcancer. Fastän flera plasmaproteiner som skulle kunna vara av nytta för att förutspå progressionen av CRC från stadium II till III och, skilt, patienters överlevnad identifierades så behövs ännu validering av deras kliniska användbarhet. Ytterligare studier för att undersöka varför nivåerna av vissa glykaner och plasmaproteiner förändras beroende på CRC stadium, läge, eller patienters prognos är också av intresse.
Avainsanat: biomedicine
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
holm_matilda_dissertation_2021.pdf 6.097MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot